JP4747181B2 - 超高強度無収縮グラウト材及び超高強度無収縮グラウト材硬化体 - Google Patents
超高強度無収縮グラウト材及び超高強度無収縮グラウト材硬化体 Download PDFInfo
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Description
ところで、一般に、モルタル製品やコンクリート構造体等の圧縮強度は、それに含まれる骨材の品質、特に細骨材の品質に大きく左右される。通常、細骨材としては、天然産の川砂、山砂(陸砂)、海砂、砕砂等が使用されているが、産地、母岩種、ロット等により品質が大きくばらつくという問題が避けられない。特に、圧縮強度が160N/mm2を超えるような極めて強度の高い領域では、供試体や構造物等に品質の悪い細骨材が混入すると、外部から応力が加わった場合に品質の悪い細骨材を含む部分に応力が集中し、本来発揮(期待)されるはずの強度より低い強度で破壊してしまう、つまり、品質の悪い細骨材が構造上の欠陥となってしまうこととなる。
そこで、圧壊強度(硬度)や耐摩耗性が高くかつ品質の安定している細骨材として、高炉スラグ細骨材、フェロクロムスラグ細骨材、フェロニッケルスラグ細骨材、銅スラグ細骨材、電気炉酸化スラグ等のスラグ細骨材を用いた様々な技術が提案されている。
この超高強度無収縮グラウト材硬化体の圧縮強度は、20℃にて28日間、あるいは、5℃以上にてグラウト材の凝結が終結した後から60℃以上かつ80℃以下の加熱養生にて24時間、のいずれかの条件にて養生した場合、160N/mm2以上であることを特徴とする。
また、水結合材比が18.0%以下の超高強度領域においては、160N/mm2を超える圧縮強度を得ることができ、従来の無収縮グラウト材と比べて圧縮強度に優れたものとなっている。
したがって、従来の無収縮グラウト材を用いた場合と比べて圧縮強度に優れ、かつ長期信頼性に優れた超高強度無収縮グラウト材硬化体を提供することができる。
なお、本実施形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。
セメントAとしては、エーライト(C3S:3CaO・SiO2/珪酸三カルシウム)含有量が60重量%以上かつ70重量%以下であり、かつブレーン比表面積が4000cm2/g以上かつ6500cm2/g以下の早強ポルトランドセメントまたは超早強ポルトランドセメントが挙げられる。
セメントBとしては、ビーライト(C2S:2CaO・SiO2/珪酸二カルシウム)含有量が35重量%以上かつ60重量%以下であり、かつブレーン比表面積が3000cm2/g以上かつ4000cm2/g以下の低熱ポルトランドセメントまたは中庸熱セメントが挙げられる。
また、このセメントAの水硬性結合材中の混合率は、5重量%以上かつ15重量%以下が好ましく、10重量%がより好ましい。
一方、セメントBの水硬性結合材中の混合率は、60重量%以上かつ70重量%以下が好ましく、65重量%がより好ましい。
セメントA及びBの水硬性結合材中の混合率が上記の範囲を外れた場合、無収縮グラウト材硬化体とした場合に、その圧縮強度が低下して160N/mm2以上に保持することが困難になるからであり、また、場合によっては流動性が大幅に低下し、実用性が大幅に低下してしまうからである。
また、膨張材の水硬性結合材中の混合率は、3重量%以上かつ7重量%以下が好ましく、5重量%がより好ましい。
膨張材の水硬性結合材中の混合率が上記の範囲を外れた場合、この膨張材を含む無収縮グラウト材を養生・硬化して無収縮グラウト材硬化体とした場合に、その収縮量を保証できないか、あるいは異常膨張してしまうから好ましくない。
実際には、超高強度無収縮グラウト材に要求される仕様や価格を考慮した上で、上記の様々なシリカ質微粉末から1種を選択し、または2種以上を選択・混合して使用する。
このシリカ質微粉末の水硬性結合材中の混合率が上記の範囲を外れた場合、そのシリカ質微粉末を含む無収縮グラウト材を養生・硬化して無収縮グラウト材硬化体とした場合に、その圧縮強度が低下して160N/mm2以上に保持することが困難になるからであり、また、場合によっては練混ぜが困難になり、実用性が大幅に低下してしまうからである。
このように、本実施形態の水硬性結合材は、上記のセメントA、セメントB、膨張材及びシリカ質微粉末を合わせたものである。
ここで、この人造高密度細骨材の最大粒径、絶乾密度及び吸水率のうちいずれか1つが上記の範囲を外れると、その人造高密度細骨材を含む無収縮グラウト材を硬化体とした場合に、圧縮強度または流動性が大きく低下してしまうので好ましくない。
また、この人造高密度細骨材は、乾燥状態のものは、予め水硬性結合材や粉末状の化学混和剤等とプレミックスして使用することができるので好ましい。
この人造高密度細骨材の単位容積及び水硬性結合材の単位容積の比率が上記の範囲を外れると、無収縮グラウト材としての流動性が低下したり、あるいは、この無収縮グラウト材を養生・硬化して無収縮グラウト材硬化体とした場合に、その収縮が大きくなり、実用性が大幅に低下してしまうからである。
この減水剤の添加量は、超高強度無収縮グラウト材の目標とする流動性に合わせて適宜調整するが、一般的な添加量としては、セメントA及びB、膨張材及びシリカ質微粉末からなる水硬性結合材の全体量に対して0.3重量%以上かつ3.0重量%以下の範囲で添加することが好ましい。
また、消泡剤の添加量は、超高強度無収縮グラウト材の目標とする空気量に合わせて適宜調整するが、一般的な添加量としては、セメントA及びB、膨張材及びシリカ質微粉末からなる水硬性結合材の全体量に対して0.01重量%以上かつ0.1重量%以下の範囲で添加することが好ましい。
なお、本実施形態の超高強度無収縮グラウト材に種々の性能を付加するために、増粘剤、収縮低減剤、合成樹脂粉末、合成樹脂繊維、金属繊維、炭素繊維、ガラス繊維、ポリマー、モノマー、オリゴマー、石灰石微粉末、流動化剤、凝結促進剤、凝結遅延剤の群から選択される1種または2種以上を添加しても良い。
本実施形態の超高強度無収縮グラウト材硬化体は、本実施形態の超高強度無収縮グラウト材を水結合材比18.0%以下にて水と混練し養生してなる超高強度無収縮グラウト材硬化体であり、この超高強度無収縮グラウト材硬化体の圧縮強度が、20℃にて28日間、あるいは、5℃以上にてグラウト材の凝結が終結した後から60℃以上かつ80℃以下の加熱養生にて24時間、のいずれかの条件にて養生した場合に160N/mm2以上となる硬化体である。
ここで、この超高強度無収縮グラウト材の水結合材比を18.0%以下とした理由は、水結合材比が18.0%を超えると、この超高強度無収縮グラウト材を水と混練し養生することにより得られた超高強度無収縮グラウト材硬化体の圧縮強度が160N/mm2を下回ってしまうからである。
このようにして得られた超高強度無収縮グラウト材硬化体の圧縮強度は、常に160N/mm2以上を保持している。
「セメントA」
早強ポルトランドセメント(C3S含有量64%、C2S含有量7%、絶乾密度3.15g/cm3、ブレーン比表面積4400cm2/g、住友大阪セメント(株)製)(以下HCと略記)
「セメントB」
低熱ポルトランドセメント(C3S含有量26%、C2S含有量56%、絶乾密度3.24g/cm3、ブレーン比表面積3400cm2/g、住友大阪セメント(株)製)(以下LCと略記)
カルシウムサルフォアルミネート系膨張材:SACS(絶乾密度2.93g/cm3、ブレーン比表面積2900cm2/g、住友大阪セメント(株)製)(以下、EXと略記)
「シリカ質微粉末」
ジルコニア起源シリカ質微粉末:SF−SILICAFUME(SiO2含有量94.7%、絶乾密度2.26g/cm3、BET比表面積9.1m2/g、巴工業(株)社製)(以下、ZSFと略記)
1.2mmフェロニッケルスラグ細骨材(JIS A 5011−2のFNS1.2適合品、最大粒径1.2mm以下、絶乾密度3.01g/cm3、吸水率0.7%、FM:2.21)(以下、FNS1.2と略記)
「人造高密度細骨材B」
5mmフェロニッケルスラグ細骨材(JIS A 5011−2のFNS5適合品、最大粒径5mm以下、絶乾密度2.97g/cm3、吸水率0.9%、FM:2.47)(以下、FNS5と略記)
「人造高密度細骨材C」
1.2mm銅スラグ細骨材(JIS A 5011−3のCUS1.2適合品、最大粒径1.2mm以下、絶乾密度3.35g/cm3、吸水率0.9%、FM:2.24)(以下、CUS1.2と略記)
5mm銅スラグ細骨材(JIS A 5011−3のCUS5適合品、最大粒径5mm以下、絶乾密度3.30g/cm3、吸水率1.2%、FM:2.64)(以下、CUS5と略記)
「人造高密度細骨材E」
1.2mm電気炉酸化スラグ細骨材(JIS A 5011−4のEFS1.2N適合品、最大粒径1.2mm以下、絶乾密度3.52g/cm3、吸水率1.0%、FM:2.89)(以下、EFS1.2と略記)
「人造高密度細骨材F」
5mm電気炉酸化スラグ細骨材(JIS A 5011−4のEFS5N適合品、最大粒径5mm以下、絶乾密度3.49g/cm3、吸水率1.7%、FM:3.10)(以下、EFS5と略記)
愛知県産乾燥珪砂4号及び7号の混合砂(最大粒径1.2mm以下、絶乾密度2.66g/cm3、吸水率0.7%、FM:2.46)(以下、SS1.2と略記)
「天然細骨材H」
千葉県産山砂(最大粒径1.2mm以下、絶乾密度2.56g/cm3、吸水率2.28%、FM:2.18)(以下、HS1.2と略記)
ポリカルボン酸系高性能減水剤:シーカメント1200N(日本シーカ(株)社製)(以下、SPと略記)
「消泡剤」
シーカアンチフォームW(日本シーカ(株)社製)
「水」
上水道水
表1に、実施例及び比較例各々の超高強度無収縮グラウト材の組成を示す。
これらの超高強度無収縮グラウト材においては、全ての組成において目標空気量を2%の一定値とし、細骨材の種類、水結合材比、水硬性結合材の混合比率、細骨材及び水硬性結合材の単位容積比、化学混和剤の添加量を下記のとおりとした。
実施例5では、水硬性結合材中のセメントA(HC)の混合率を15重量%、セメントB(LC)の混合率を60重量%とした以外は、実施例1と同じ条件とした。
比較例7では、水硬性結合材中のセメントA(HC)の混合率を20重量%、セメントB(LC)の混合率を55重量%とした以外は、実施例1と同じ条件とした。
比較例8では、水硬性結合材中のセメントA(HC)の混合率を12重量%、セメントB(LC)の混合率を78重量%、シリカ質微粉末(ZSF)の混合率を5重量%とした以外は、実施例1と同じ条件とした。
比較例10では、水硬性結合材中のセメントA(HC)の混合率を10.7重量%、セメントB(LC)の混合率を69.3重量%、膨張材(EX)の混合率を0重量%とした以外は、実施例1と同じ条件とした。
比較例11では、水硬性結合材中のセメントA(HC)の混合率を9.3重量%、セメントB(LC)の混合率を60.7重量%、膨張材(EX)の混合率を10重量%とした以外は、実施例1と同じ条件とした。
比較例13では、細骨材及び水硬性結合材の単位容積比を0.50とした以外は、実施例1と同じ条件とした。
比較例14では、水結合材比を20.0%、高性能減水剤(SP)の添加量を水硬性結合材に対して1.3重量%、消泡剤の添加量を水硬性結合材に対して0.05重量%とした以外は、実施例1と同じ条件とした。
なお、高性能減水剤及び消泡剤については、練混ぜ水とみなして水量を補正した。
20℃の恒温室内にて、表1に示す組成となるようにセメントA及びB、膨張材、シリカ質微粉末、細骨材、練混ぜ水、高性能減水剤及び消泡剤を容量20Lの硬質ポリエチレン容器に投入し、電動式ハンドミキサーを用いて90秒間、高速攪拌(練混ぜ)を行った。なお、1バッチの練混ぜ量は5Lの一定値とした。
練上がり後、直ちに、土木学会規準JSCE−F 541−1999「充てんモルタルの流動性試験方法」に準拠し、J14漏斗の流下時間を測定し、超高強度無収縮グラウト材の流動性を評価した。
測定用の供試体として、直径50mm×高さ100mmの円柱供試体を18本ずつ作製した。これらの供試体は、水の蒸発を防ぐために、脱型する直前まで供試体の頭部をビニールフィルム及び輪ゴムで密封し、20℃の恒温室内にて注水24時間後まで封緘養生した。
実施例1〜5及び比較例1〜14各々のJ14漏斗の流下時間、ブリーディング率、圧縮強度及び膨張収縮率の測定結果を表2〜表4に示す。
一方、比較例1〜3では、無収縮グラウト材の流動性は同等であったが、圧縮強度は、実施例1〜3より低かった。また、比較例4は珪砂を、比較例5は山砂を、それぞれ使用したために、無収縮グラウト材の流動性及び圧縮強度のいずれもが実施例1〜3より著しく低く、特に、20℃標準養生の材齢28日では、160N/mm2を下回るものであった。
一方、比較例6では、セメントA(HC)の混合率を0重量%、セメントB(LC)の混合率を75重量%としたために、無収縮グラウト材の流動性は実施例1よりやや優れていたが、圧縮強度は実施例1より低く、特に70℃加熱養生の材齢2日で160N/mm2を下回っていた。
比較例7では、セメントA(HC)の混合率を20重量%、セメントB(LC)の混合率を55重量%としたために、無収縮グラウト材の圧縮強度は実施例1よりやや優れていたが、流動性は実施例1より著しく低いものであった。
比較例9では、シリカ質微粉末(ZSF)の混合率を35重量%としたために、無収縮グラウト材の流動性は実施例1より良好であったが、圧縮強度は実施例1より低く、20℃標準養生の材齢28日が160N/mm2を下回っていた。
比較例10では、膨張材(EX)の混合率を0重量%としたために、無収縮グラウト材の流動性及び圧縮強度は実施例1と同等であったが、材齢7日の膨張収縮率が−0.4%と大きく収縮しており、無収縮グラウト材の規格を外れたものであった。
比較例12では、無収縮グラウト材の圧縮強度は実施例1と同等であったが、細骨材及び水硬性結合材の単位容積比を1.30としたために、細骨材の量が多く、流動性は実施例1より著しく低いものであった。
比較例14は、水結合材比を20.0%としたものであるが、無収縮グラウト材の流動性は実施例1より良好であったものの、圧縮強度は実施例1より低く、20℃にて標準養生した場合、160N/mm2を下回っていた。
セメントA(HC)の水硬性結合材に対する混合率が5重量%未満の場合は、グラウト材硬化体の圧縮強度が低く、また、セメントA(HC)の水硬性結合材に対する混合率が15重量%を超える場合は、練り上った直後のグラウト材の流動性が大きく低下し、いずれも実用性に問題があることが分かった。
シリカ質微粉末(ZSF)の水硬性結合材に対する混合率が10重量%未満の場合では、練混ぜが困難になって実用性が低下し、また、混合率が30重量%を超える場合では、グラウト材硬化体の圧縮強度の低下が大きいことが分かった。
さらに、20℃における標準養生の材齢28日及び70℃における加熱養生の材齢2日のいずれにおいても、圧縮強度が160N/mm2を上回るためには、水結合材比が18.0%以下であることが必須要件であることが分かった。
なお、ブリーディング率は、実施例1〜5、比較例1〜14のいずれにおいても規準を満足していた。
Claims (2)
- エーライト含有量が60重量%以上かつ70重量%以下でありかつブレーン比表面積が4000cm2/g以上かつ6500cm2/g以下のセメントAを5重量%以上かつ15重量%以下、ビーライト含有量が35重量%以上かつ60重量%以下でありかつブレーン比表面積が3000cm2/g以上かつ4000cm2/g以下のセメントBを60重量%以上かつ70重量%以下、膨張材を3重量%以上かつ7重量%以下、BET法による比表面積が1m2/g以上かつ20m2/g以下のシリカ質微粉末を10重量%以上かつ30重量%以下、の割合で混合してなる水硬性結合材と、
フェロニッケルスラグ細骨材、銅スラグ細骨材、電気炉酸化スラグ細骨材の群から選択された1種または2種以上からなり、最大粒径が1.2mm以下、絶乾密度が2.90g/cm3以上かつ吸水率が0.90%以下の人造高密度細骨材と、
化学混和剤とを含有してなり、
前記人造高密度細骨材の単位容積及び前記水硬性結合材の単位容積の比率は、0.60以上かつ1.20以下であることを特徴とする超高強度無収縮グラウト材。 - 請求項1記載の超高強度無収縮グラウト材を水結合材比18.0%以下にて水と混練し養生してなる超高強度無収縮グラウト材硬化体であって、
この超高強度無収縮グラウト材硬化体の圧縮強度は、20℃にて28日間、あるいは、5℃以上にてグラウト材の凝結が終結した後から60℃以上かつ80℃以下の加熱養生にて24時間、のいずれかの条件にて養生した場合、160N/mm2以上であることを特徴とする超高強度無収縮グラウト材硬化体。
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